针对并联机构工作空间数值搜索法中冗余问题,结合均匀3D格子气自动机原理中并行计算的特点,提出一种高效且动态的3D格子气自动机的工作空间搜索法。详细阐述了此方法的整个动态演化搜索原理以及算法流程。分别以空间4PPaR并联机构和4PRPaRR为例,根据运动学逆解建立工作空间求解的约束模型,实现4PPaR空间并联机构的可达工作空间、4PRPaRR并联机构定姿态工作空间的3D空间的搜索,验证了该搜索法的可行性和并行搜索能力,讨论了提高该算法搜索能力的影响因素,结果表明此方法搜索过程动态直观,搜索结果边界轮廓准确清晰,可作为一种新型的并联机构工作空间动态搜索方法,并且具有较强的可扩展特性,同时提高粒子数量、适宜的粒子运动速度、以及粒子集中分布和靠近工作空间都可以提高该算法搜索能力。

基于方位特征集理论,确定1T2R和2T1R两运动模式串联支链的最小范围的方位特征集,综合得到许多两运动模式的新支链结构;依据最大线性向量的相关性,确定1T2R和2T1R两运动模式并联机构的组合方案;并分析优选的两运动模式的并联机构不同运动模式下的运动特征。研究结果表明:综合得到的并联机构只要在锁住分岔支链其中一个转动副的条件下驱动,则机构通过分叉点能够实现1T2R与2T1R运动模式的切换。

以空间三平移并联机构作为研究对象,根据方位特征集设计理论和方法,设计一种运动解耦、结构对称、运动副简单、工作空间大的空间纯移动并联机器人机构,通过拓扑结构特性分析证明机构具有空间三维移动的运动特性,并建立运动学方程模型,推导得到运动学正逆解以及雅克比矩阵;在此基础上分析机构奇异性、操作空间、灵巧度等性能指标,以工作空间最大化的实际需求作为数学优化模型,选择萤火虫算法进行优化设计,通过优化后的结构参数尺寸进行算例